化工原理課程思政元素的挖掘及教學融合方法
——以流體流動為例

黃 英，宗 蒙，劉攀博，王艷麗，張軍平

(西北工業大學 化學與化工學院，西安 710129)

習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上強調，“要堅持顯性教育和隱性教育相統一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人”。“既要有驚濤拍岸的聲勢，也要有潤物無聲的效果，這是教育之道。”教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》中也明確指出，“課程思政建設內容要緊緊圍繞堅定學生理想信念，以愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體為主線，圍繞政治認同、家國情懷、文化素養、憲法法治意識、道德修養等重點優化課程思政內容供給，系統進行中國特色社會主義和中國夢教育、社會主義核心價值觀教育、法治教育、勞動教育、心理健康教育、中華優秀傳統文化教育。”化工原理課程以動量傳遞、熱量傳遞及質量傳遞為理論基礎，介紹流體在管內的流動、流體輸送機械、沉降、過濾、傳熱、吸收、蒸餾及干燥等單元操作，是一門實用性強、對培養學生的工程能力具有重要作用的技術基礎課。長期以來，化工原理課程的教學中，教師往往關注課程的專業培養目標，從“教書”方面進行知識體系的講授，沒有深度思考教學工作怎樣與“樹人”相結合？采取什么適宜的方法在專業課教學這一重要的人才培養陣地上發揮作用？高等教育作為人才培養的主陣地，教學中潤物細無聲地挖掘出立德樹人相關思想價值，并與專業知識體系實現有機融合，達到在課程學習中培養有理想、有本領、有擔當的社會主義建設者和接班人，是每一位授課教師義不容辭的責任和義務。本文根據筆者及其教學團隊的教學經驗，以化工原理課程流體流動一章為例，總結了化工原理課程思政元素的挖掘及教學融合方法。

一、課程思政的育人目標

化工原理課程教學中，課程育人目標的確定，是保證課程思政教學工作質量的前提。為使學生在掌握專業知識的同時，潛移默化地堅定理想信念，自覺踐行社會主義核心價值觀，我們擬定了以下課程思政育人目標：(1)培養學生的愛國主義情懷、工匠精神、團隊合作與奉獻精神；(2)緊跟世界前沿科技動態，拓寬學生國際視野，使學生了解和掌握所學專業的歷史與現狀、學科之間的交叉融合，激發學生探索新知識的強烈欲望；(3)培養學生勇于面對挫折，克服困難，挑戰自我的精神；(4)培養學生運用辯證唯物主義的觀點分析問題與解決問題的能力；(5)培養學生的節能與環保意識、社會、安全、法律、文化及環境等因素相關的責任和擔當意識。

二、課程思政元素的挖掘

一切與立德樹人這一根本使命相統一的資源，即為“思政元素”。因此，以“立德樹人”作為教育的綜合目標，通過凝練、升華與萃取獲得對學生世界觀、價值觀和人生觀的形成產生深遠影響的內容均可算作思政元素。作為專業課教師，要在專業知識本身所蘊含的知識體系中，梳理并凝練出有助于培養學生正確的世界觀、價值觀、人生觀與馬克思主義方法論的要素，將思政元素和專業知識之間有機融合，達到立德樹人的目的。化工原理課程中流體流動這一章是課程的第一章，主要介紹流體靜力學、管內流體流動的基本方程、管內流體流動現象及摩擦阻力損失的計算、管路計算及流量的測定等，該章的內容是整個課程學習的基礎，在教學中占有重要的地位。該文通過全面梳理流體流動這一章的教學內容，提煉出以下主要的課程思政映射與融入點。

(一)愛國情懷與奉獻精神

思政元素的挖掘應結合課程的科學本質與特點、學科與研究背景、教學內容及隱含的哲理中提煉，從國家大事與專業前沿熱點問題中凝練。2020 年新冠肺炎疫情突然來臨，廣大科學工作者與醫務人員投身到抗擊疫情第一線，為戰勝疫情作出了重要貢獻。通過他們無私奉獻的事跡，培養學生的愛國情懷。同時，教學中也強調，新型冠狀病毒的傳播方式幾乎包括了各種傳染病的傳播途徑，除了傳統的飛沫傳染之外，還包括接觸傳染、消化道傳染、呼吸道傳染、血液傳染和空氣傳染，可謂全方位、無所不在傳播擴散。傳遞的速率可以表示為“傳遞速率＝推動力／阻力”。由于新冠病毒殺傷力大、傳播途徑多、傳染力強，故病毒傳播的推動力大，要控制該病毒的傳播速率，強有力的各種防范措施是增大其傳播阻力的關鍵，黨中央領導下的各種防控措施對控制疫情起到了決定性的作用。

“家國情懷是一個人對自己國家和人民所表現出來的深情大愛，是對國家富強、人民幸福所展現出來的理想追求”。授課過程中，介紹卓越的科學家、兩彈一星功勛獎章獲得者——錢學森。1950 年錢學森回國被美國官員阻攔，在特米那島上被拘留14 天，直到1955 年，經過周恩來總理與美國外交談判努力后，才踏上了返回祖國的旅途。在當年新中國建設的艱苦階段，老一代科學家以滿腔的愛國熱情、高尚的人格魅力、無私奉獻的精神為當代青年樹立了榜樣。以上事例培養了學生對祖國的認同感、歸屬感、責任感和使命感，激發了學生的學習熱情，使學生能在正確的理想與信念的引導下掌握科學知識，同時也為其在今后的工作中愛崗、敬業打下了良好的基礎。

在教學中我們還通過科學家的奮斗歷程激發學生的奉獻精神。德國著名的水利科學家尼古拉茲在1932—1933 年通過人工粗糙管流的大量實驗，確定沿程阻力系數與雷諾數、相對粗糙度之間的關系，比較完整地反映了沿程阻力系數的變化規律，揭示了影響沿程阻力系數變化的主要因素，對沿程阻力系數和斷面流速分布的測定，推導湍流的半經驗公式提供了可靠的依據。上述實例的介紹促使學生在掌握基本概念的同時，學習了科學家的探索與奮斗精神。

(二)國際視野與開拓創新

創新是一個永恒的話題，是人類社會進步的不竭動力。教師要在教學過程中不斷提升學生的創新能力，才能更好地踐行“立德樹人”思想。在教學中，我們結合流體的流動特征介紹飛機升力的產生原因。在19 世紀后期，美國、法國、德國等眾多的科學家針對飛機的組成、穩定及操縱系統開展了大量的試驗工作，直到美國的萊特兄弟成果研制了人類歷史上第一架載人飛機。他們在研究中掌握了飛機飛行應該具有的三要素：升舉、推進和控制。通過介紹，學生既掌握了流體流動中壓力與流速間的關系，又了解了開拓創新是科學技術發展的必經之路。同時，引導學生思考，正常情況下光滑的飛機機翼表面能給飛機提供穩定的升力，但是當機翼表面附著有冰、霜、雪后，其表面就會變得粗糙，流線型的形狀產生了改變，從而導致流經機翼表面的氣流速度顯著降低，導致機翼表面的氣流提前分離，升力有所減低，機翼的阻力系數增大，最大升阻比減小。同時，也請學生思考，這時飛機會出現什么狀況？飛機除冰應該采取什么方法？每種方法有什么特點？在飛機除冰的工作中我們可以進行什么研究？通過上述實例，引導學生開拓視野，積極思考，激發學習熱情。

學科之間的交叉融合，在打破傳統學科之間的壁壘，培植新的學科生長點和新型人才方面發揮著重要作用。從古至今，人類都有著飛向太空的夢想。為實現未來的太空旅行與太空家園生活的需要，研究可以為其提供糧食及蔬菜的生物再生式生保系統成為關鍵一環。太空與地面具有不同的微重力環境，但植物生長同樣需要水、光線及各種營養素。因此，有效地在空間栽培高等植物，主要挑戰之一則是設計能夠長期在低重力條件下供植株生長的營養液輸送系統，并要求盡量減少航天員用于系統維持和運行操作所占用的時間。在講述上述內容時，及時啟發學生思考：同樣是流體輸送，在不同的重力環境下有什么差別？太空中可以用什么來代替土壤？在學生思考后向學生展示國際空間站里蓬勃生長的植物照片，這里使用人造光代替太陽，植物是播種在類似貓砂的營養豐富的物質中，水在微重力環境下需要小心注入植物的根部。在微重力環境下，氣體有時會形成氣泡，因此需要有氣體輸送裝置來保證二氧化碳和氧氣的充分流動。我國研制了空間植物栽培裝置，并開展了主動營養液輸送系統的構成與試驗。研究發現，營養液能夠以毛細作用方式源源不斷地輸送到植物栽培基質，基質水分含量能夠自動控制并按設定值保持恒定，所用生物材料讓生菜的生長形態和色澤基本正常。該案例開拓了學生的視野，使學生了解到專業知識與高新技術之間緊密相連，立足當下，勤奮學習，是未來為國奉獻的基礎。

(三)不畏困難與挑戰自我

量綱分析在化工中的應用很廣泛，通過量綱分析，可以正確地分析各變量之間的關系，并簡化試驗次數，該方法是分析流體運動的有力工具。教學中，我們首先例舉在量綱分析發展歷史上一個特別有名的案例，即第二次世界大戰期間，英國力學大師G.I.Taylor 進行點源強爆炸研究。他發現了沖擊波球面半徑與時間的2/5 成正比的規律，并從照片預測了世界第一顆原子彈的當量，曾引起很大的國際社會反響，使得美國要調查是否有泄密事件。這個問題的解決展示了量綱分析解決復雜科學問題的強大能力，激發了學生強烈的學習興趣。同時，針對課程學習過程中學生多重視實驗數據采集，且在大量的實驗工作面前產生畏難情緒的問題，及時指出量綱分析方法是建立在對于所研究的問題具有一定的經驗基礎之上進行的。在上述講解的基礎上，我們再引出流體湍流流動時摩擦阻力的分析方法——量綱分析法，引導學生逐步分析得到湍流時摩擦阻力損失的計算式，同時也指出該方法在研究流體傳熱、傳質時也同樣適用。上述講授培養了學生不畏困難和實事求是的科學態度，也提高了學生對化工原理基礎理論的理解，為學生未來從事科學研究工作打下了良好的基礎。

(四)辯證思維與學以致用

實踐性、革命性和科學性的統一是馬克思主義哲學的根本特征。馬克思主義哲學在當今時代依然有著強大生命力，是青年一代堅持理想信念、認識世界和改造世界的工具。化工原理課程中“三傳理論”，即“動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞”實際上表示了運動的絕對性。液體在流動時所遵循的伯努利方程表達了物質運動的規律。運動與靜止是相互依賴的，在伯努利方程與流體靜力學方程式的教學中，指出靜止流體是流動流體流速為零的特例，以啟發學生找出上述方程之間的相互聯系及特點。運用馬克思主義哲學原理，可以分析流體流動中的機械能守恒定律。在分析過程中，從理想流體出發，可以抓住主要矛盾，獲得理想流體的機械能衡算式。在主要矛盾迎刃而解后，再考慮矛盾的次要方面——實際流體的能量損失及外加機械能，就可得到實際流體的機械能衡算式。在專業知識的講授中，結合馬克思主義哲學的基本原理，既有助于學生在學習中抓住重點與難點問題，又培養學生的科學思維與解決實際問題的能力。

(五)節能環保與擔當意識

隨著化學工業的發展，安全與環保問題也愈發重要。習總書記多次對安全生產提出重要指示，強調生命重于泰山，務必把安全生產擺到重要位置。樹立安全發展理念，決不能只重發展不顧安全。在流體靜力學的教學中，我們結合煤氣安全儲存實例強調，煤氣泄漏極易引發火災與爆炸，因此，煤氣的儲存應確保其安全、可靠。煤氣水封是指一定水位存在使煤氣壓力與水封中水的高度達到壓力平衡，從而排除煤氣中的冷凝水或保持集氣管密封的一種方法。水位高度的確定應根據最大工作壓力并保證一定的余量經計算確定，以保證用戶能夠安全使用煤氣。雖然計算過程不難，但應認真仔細地完成工作。在流體流動過程中，減阻節能是提高經濟效益的重要方面，結合流體流動過程中的阻力計算式，分析可能采取的節能途徑，同時課程教學中介紹近年來發展較快的減阻方法。通過上述環節的教學，達到培養學生職業素養的目的。

生態文明建設是關系人民福祉、關乎民族未來的大計，是實現中華民族偉大復興中國夢的重要內容。習近平總書記指出：“綠水青山就是金山銀山。”近年來，我國煤化工行業發展迅速，西北地區煤炭資源豐富，所以在西北地區的煤化工企業日益增多。在煤化工迅速發展的同時，也帶來了一些環境問題，如碳排放量超標，導致溫室效應、冰川融化加快，如何降低煤化工中的碳排放成了一個亟待解決的問題。在課程教學中，結合我國西部地區地域遼闊，遠離海洋，日照時間長，有著豐富的太陽能、風能和其他可再生能源的現狀，發展太陽能、風能，是一條新的綠色化工路線；同時，可以考慮利用新能源制備氫氣，這樣既減少了傳統能源的高損耗，也減少了溫室氣體的排放。通過上述講解，使學生進一步深入思考：實現人和自然的和諧相處，可持續發展是中國最基本的途徑，只有當人及自然實現了協調發展，經濟社會最終才能夠實現可持續發展。

三、融合思政元素的方法

在教學過程中，提高課程思政的教學藝術，增強課程思政的說服力、親和力和有效性，是將知識傳授、能力培養和思想政治教育融為一體的重要方面。在教學中我們采取以下方法。

(一)貫徹課程思政的教學目標

化工原理課程融合思政元素教學的有效實施，需要在科學的教育目標引導之下進行，做好頂層設計，并制定保障和督促機制。在化工原理課程中落實立德樹人的教育觀念，充分認識思政元素融合對現代化工人才培養的重要意義，將教學內容凝練于課程的教學大綱，并落實于教學各環節之中。

(二)優化設計教學內容

為了實現課程教學大綱所設定的育人目標，教師應重新設計教學內容，制定合理教學方案，優化課程教學方法。重新謀劃體現課程思政特點的教學設計和課件設計，對照不同知識點，挖掘課程思政的切入點。通過開展課程思政經驗交流會等形式博采眾長、梳理融合形成涵蓋面廣、針對性強的教學支撐材料。應注重多種教學方法的綜合運用，設計教學環節及內容，抓住學生的真實思想認知和問題，貼近學生來構建教學問題，力求掌控教學全過程。

(三)準確挖掘思政元素

思政元素應該是同時滿足思想性、政治性和育人性的具有復合特質的教育資源。準確地挖掘思政元素，達到立德樹人的效果，對每一位教師而言也并非易事。結合課程教學實踐，我們體會到以下幾點：(1)深刻領會習近平總書記有關“立德樹人”系列講話精神，以課程思政育人目標為引導；(2)結合專業課程知識體系的特點進行思政元素的提煉和升華；(3)結合課程知識點，廣泛吸取多種媒體、科技信息資料的精華，達到專業課程與思想政治理論課的協同育人效應。

(四)豐富課程思政的教學方式

課程思政教育是一個潛移默化的過程，豐富的教學方式是提高教學質量、保證育人效果的重要方面。在教學中可以從以下方面著手：(1)課前布置思考題及學生需要查閱的討論專題，以備課堂教學提問與討論；(2)針對課堂教學中的重點與難點問題適時引入思政元素，引導學生思考，教師進行啟發式總結，達到滲透式教育的目的；(3)課后進行教學重點內容的拓展，要求學生用專業知識去思考怎樣解決目前專業方向的疑難問題與應用中的實際問題，引導學生進行科研攻關，自覺運用科學的世界觀解決復雜的工程問題。

(五)教師言傳身教

習近平總書記指出：“要加強師德師風建設，堅持教書和育人相統一，堅持言傳和身教相統一，堅持潛心問道和關注社會相統一，堅持學術自由和學術規范相統一，引導廣大教師以德立身、以德立學、以德施教。”任課教師自身要加強思政學習，提升教師德育的水平，這樣才能以完善的師德培養學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。教師平時應多了解國家時政、新聞，了解當前的最新思想動態，在思想上和行動上與黨中央保持一致，及時將黨的方針、政策傳遞給學生；同時，教師還應在細微處做表率，言傳身教。

(六)多種考核方式

為了落實課程思政理念，必須在現有的考核評價體系中加入對學生思政能力的評價，一方面檢驗課程思政的教學效果，另一方面還可以進一步促進教學改革。化工原理課程考核實施過程化考核與考試相結合的方式，強化學生全方位參與教學過程。考核成績包括課堂討論與提問、作業完成情況、實際案例分析與總結及專題小論文等。上述考核方式既考察了學生專業知識的掌握程度，也對課程的課程思政教學效果進行了評價，激發了學生學無止境的求知欲。

四、結束語

在立德樹人理念下，我們在確定專業課程思政目標的基礎上，結合化工原理課程的特點對課程的思政元素進行了挖掘，探索了課程思政與專業教學內容的融入點，總結了融合思政元素的適宜教學方法。教學實踐證明，圍繞著“愛國情懷與奉獻精神、國際視野與開拓創新、不畏困難與挑戰自我、辯證思維與學以致用、節能環保與擔當意識”方面進行的思政教育，在教育與引導學生做社會主義核心價值觀的堅定信仰者、爭做實現中華民族偉大復興的先鋒力量方面發揮了積極作用。我們將進一步挖掘化工專業課程中所蘊含的思政元素，以點帶面，探索化工專業思政教學的適宜教學融入點與教學方法，以實現“全員育人、全程育人、全方位育人”的大格局。